本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
科学、工程和生物技术的进步将在不久的将来产生超人。在我的书《追逐美国队长》中，我探讨了生物医学作为一种直接和有针对性地增强进化的方法的主题。美国队长象征着为了特定目的而对人类生物学进行最终和刻意的改造。而这可以应用的目的之一就是在不同的星球上生活。
我们更熟悉环境压力驱动我们地球家园生物的变化。自然选择的缓慢适应过程意味着需要数千年才能看到一个物种发生有意义的进化变化。那些适应的物种生存下来，而那些不适应的物种则无法生存。这就是所谓的“适者生存”，长期以来被认为是查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·罗素·华莱士提出的进化论的核心。为了让适者生存，必须发生适应。这条规则既适用于太空，也适用于地球。
火星已被标记为人类太空探索的下一步。这并不容易；我们在到达那里和登陆后生存方面都面临挑战。火星是一个严酷的地方，我们必须应对重力的变化和辐射的影响。我们需要快速进化和适应这种新环境。我们围绕这些适应的策略必须包括长期的繁荣发展，以及眼前的生存。
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我们不可能在火星表面穿着人字拖和工装短裤闲逛，并在很长一段时间内，甚至可能永远不可能呼吸经过地球化的空气。然而，在火星上的人们将生活在重力减小的环境中，将暴露于高水平的辐射中，并且需要拥有优化的氧气提取能力。为了实现这一切，我们需要在人们到达火星并开始在新世界定居之前，就对他们进行预先进化。
在1941年3月《美国队长漫画》第一期中，我们看到史蒂夫·罗杰斯，“一个虚弱的年轻人”被莱因斯坦教授“接种了奇怪的沸腾液体”。这种“超级士兵血清”和随后的“维他射线治疗”将这个虚弱的军队弃儿变成了美国队长形象中的人类巅峰表现。虽然现代科学和基因工程每天都在让我们更接近创造美国队长，但我们不能像美国队长在他起源故事中那样立即转变。真正的改变可能需要多长时间？
为了衡量这种有意义的改变可能实现的速度，劳伦·科赫和密歇根大学医学院的同事们有选择地培育了大鼠，并测试了它们的功能能力。动物——包括我们人类——对运动训练的反应会有不同的适应性。根据对运动训练的功能反应，将大鼠成对繁殖，使得研究人员能够创建一组低反应和高反应的大鼠。
经过 15 代的选择性育种，高反应大鼠的跑步距离增加到大约 220 米，而低反应大鼠实际上变得更糟，下降到大约 65 米。“对照”大鼠的平均水平在两者之间，约为 140 米。结果非常清楚地表明，基因选择可以在相对较短的时间内改变功能特征——但换算成人仍然需要大约 300 年。
我们人类显然正在走向殖民其他世界。这就是现代科学和美国队长相遇太空新领域的地方。太空旅行者将体验太空中的微重力以及火星上大约地球三分之一的重力，这些变化引起了严重的健康问题。即使我们细胞的物理形状在不同的重力场中也会发生变化。在类似于 DC 漫画中的“塑料人”或漫威漫画中的“神奇先生”里德·理查兹的扭曲中，细胞从略微不规则的边界变为光滑的圆形。我们的细胞内部有生物支架，可以感知和检测形状的变化，以及由蛋白质组成的离子通道形式的进入和退出点；重力变化导致的翻新会导致它们功能的变化。
听力、平衡、视力、体内血液分布、肾脏、泌尿和肌肉功能以及骨密度都会受到负面影响。美国宇航局和其他太空机构面临的大问题是，在太空中三年——大约是往返火星所需的时间，是目前最长太空任务的三倍——将对人类生理产生什么影响。
太空中的环境对人类生理来说是完全陌生的——华盛顿州立大学的天体生物学家德克·舒尔茨-马库奇对此很感兴趣。舒尔茨-马库奇在科学文献和为公众写作方面广泛发表了关于外生物学和地外生命的著作；他是四本畅销书和两本小说的作者。
舒尔茨-马库奇认为，如果能够在火星上建立殖民地，即使考虑到其重力减小，我们仍然能够像在地球上一样繁殖和生育。经过几代在火星上的生活，我们将慢慢开始适应。许多适应可能与人类将暴露在其中的强烈的电离和紫外线辐射有关。例如，我们会逐渐看到暴露在火星光线下的皮肤中黑色素的色素沉着增加。
然而，色素沉着不一定会保护我们免受电离辐射的影响。我们需要一个真正的盾牌。也许不是像美国队长那样用神话般的金属振金制成的，而是像他的盾牌可以阻挡子弹一样有效地阻挡辐射的盾牌。地球上的一些微生物——例如细菌耐辐射奇异球菌——使用镁和锰等矿物质来帮助保护它们免受辐射。它可以在冷冻、辐射、脱水、放置在真空中和暴露于酸性环境中生存。它的超能力是它的生存能力。它可以承受超过 5,000 格雷的电离辐射。这种剂量的辐射会导致其他生物的 DNA 断裂，并且对您或我来说是致命的。
耐辐射奇异球菌之所以能够生存并抵抗辐射的影响，是因为它具有快速的 DNA 修复能力和多个基因组副本。它还具有环形的 DNA 链，而不是我们在地球上大多数有机生命中通常发现的双螺旋结构。为了让您了解在太空中身体将暴露于多少辐射，在国际空间站上一年相当于从洛杉矶飞往纽约超过 5,000 次的辐射暴露。
修复 DNA 损伤是我们细胞的一项重要功能。为了让生命继续下去，我们的细胞必须分裂并在每个新细胞中创建一个 DNA 副本。如果副本被破坏，错误将被传递给下一代细胞。错误是由于转录过程中的错误而发生的，并且在这里特别相关的是，紫外线和其他辐射源会造成损害。
当你的 DNA 复制过程正在进行时，有时碱基对会被混淆。这种情况并不经常发生，但由于你体内有大量的细胞每七到十五年就会复制一次，即使是小的错误也会导致重大问题。我们需要继续努力，更好地了解如何优化修复，也许可以借鉴其他动物的机制。
创建杂交体的一种嵌合方法可能包括缓步动物 DNA 来抵抗辐射。缓步动物是一种微小的动物，看起来像熊和鼹鼠的结合体。（小知识提示：它们是 2018 年电影《蚁人 2：黄蜂女现身》中“量子领域”里看到的小动物。）缓步动物几乎可以承受任何东西，包括通常会使 DNA 变性的极端辐射暴露。东京大学的国枝武一和他的同事发现缓步动物中的一种特定蛋白质有助于发挥这种保护作用。国枝和他的合作者通过将缓步动物 DNA 插入培养的人类细胞中来操纵它们，发现它们抵抗 X 射线损伤的能力比普通人类细胞高 40%。
火星是我们近期作为潜在太空殖民地的唯一选择。如果我们要作为一个物种在那里繁荣发展，我们没有时间等待进化来完成其缓慢而稳定的工作。舒尔茨-马库奇的大部分工作都着眼于假设生命如何在其他星球上存在，他承认“将像我们这样高度适应的物种置于新的星球上是不合时宜的，这是一个巨大的挑战”。
美国队长本身就是终极科学实验的产物，他象征着对我们所知的生命进行生物工程改造的潜力。正如我在《追逐美国队长》中所说的那样，我们需要考虑对我们物种实施变革，以增强我们在太空中生存和繁荣的能力。每天，进行这些改变的科学和工程能力都更接近我们的掌握，并且越来越偏离地球进化提供的功能生物学。
来自波兰、巴西和美国的康拉德·斯佐奇克及其同事在他们发表在《2018 年论文》中推测了人类在火星上繁殖的生物和社会挑战。这些科学家得出结论，火星上的最低可行目标人口为 5,000 人。要达到这个数字，就意味着要在火星上生存和繁殖。斯佐奇克及其同事也像我一样认为，在到达红色星球之前和之后使用基因工程来改变人类生物学是确保生存的唯一方法。
正如美国队长和他的伙伴们组成了复仇者联盟，他们为执行的每一项任务都制定了战术和战略上都合理的计划一样，我们需要战略性地加速人类进化，以“预进化”的状态适应火星地貌。